DE102017208917A1 - High-frequency amplifier arrangement and method for designing a high-frequency amplifier arrangement - Google Patents
High-frequency amplifier arrangement and method for designing a high-frequency amplifier arrangement Download PDFInfo
- Publication number
- DE102017208917A1 DE102017208917A1 DE102017208917.2A DE102017208917A DE102017208917A1 DE 102017208917 A1 DE102017208917 A1 DE 102017208917A1 DE 102017208917 A DE102017208917 A DE 102017208917A DE 102017208917 A1 DE102017208917 A1 DE 102017208917A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- capacitance
- output
- frequency amplifier
- balancing transformer
- amplifier arrangement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 30
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims description 27
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 11
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
- H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3217—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in single ended push-pull amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/26—Push-pull amplifiers; Phase-splitters therefor
- H03F3/265—Push-pull amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
- H03F3/3001—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
- H03F3/3001—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors
- H03F3/301—CMOS common drain output SEPP amplifiers
- H03F3/3016—CMOS common drain output SEPP amplifiers with symmetrical driving of the end stage
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
- H03F3/3083—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type
- H03F3/3086—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal
- H03F3/3098—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal using a transformer as phase splitter
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
- H03F2200/06—A balun, i.e. balanced to or from unbalanced converter, being present at the input of an amplifier
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
- H03F2200/09—A balun, i.e. balanced to or from unbalanced converter, being present at the output of an amplifier
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
- H03F2200/534—Transformer coupled at the input of an amplifier
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
- H03F2200/541—Transformer coupled at the output of an amplifier
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
- H03F2203/30—Indexing scheme relating to single-ended push-pull [SEPP]; Phase-splitters therefor
- H03F2203/30114—Indexing scheme relating to single-ended push-pull [SEPP]; Phase-splitters therefor the push transistor circuit comprising one or more capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Eine Hochfrequenzverstärkeranordnung (1) umfasst
a. ein Verstärkerteil (2), das einen Ausgang (100) mit zwei Ausgangsanschlüssen (101, 102) aufweist
b. einem Symmetrierübertrager (7), der einen Eingang (105) mit zwei Eingangsanschlüssen (106, 107) und einen Ausgang (110) mit zwei Ausgangsanschlüssen (111, 112) aufweist, wobei
i. jeweils ein Ausgangsanschluss (101, 102) des Verstärkerteils (2) mit einem Eingangsanschluss (106, 107) des Symmetrierübertragers (7) verbunden ist,
ii. ein Ausgangsanschluss (112) des Symmetrierübertragers (7) mit Masse verbunden ist,
iii. ein Ausgangsanschluss (111) des Symmetrierübertragers (7) mit einer Last verbindbar ist,
iv. zwischen dem einen Eingangsanschluss (106) des Symmetrierübertragers (7) und Masse eine erste Kapazität (44) vorgesehen ist,
v. zwischen dem zweiten Eingangsanschluss (107) des Symmetrierübertragers (7) und Masse eine zweite Kapazität (45) vorgesehen ist, wobei die erste Kapazität (44) ungleich der zweiten Kapazität (45) ist.
A high frequency amplifier arrangement (1)
a. an amplifier part (2) having an output (100) with two output terminals (101, 102)
b. a balun (7) having an input (105) with two input terminals (106, 107) and an output (110) with two output terminals (111, 112), wherein
i. in each case an output terminal (101, 102) of the amplifier part (2) is connected to an input terminal (106, 107) of the balancing transformer (7),
ii. an output terminal (112) of the balancing transformer (7) is connected to earth,
iii. an output terminal (111) of the balancing transformer (7) can be connected to a load,
iv. between the one input terminal (106) of the balancing transformer (7) and ground, a first capacitor (44) is provided,
v. a second capacitance (45) is provided between the second input terminal (107) of the balancing transformer (7) and ground, wherein the first capacitance (44) is not equal to the second capacitance (45).
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzverstärkeranordnung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Auslegung einer Hochfrequenzverstärkeranordnung.The invention relates to a high-frequency amplifier arrangement. Furthermore, the invention relates to a method for designing a high-frequency amplifier arrangement.
Beim Betrieb von Hochfrequenzgeneratoren entsteht häufig ein erhöhter Anteil harmonischer Komponenten im Ausgangssignal, also eine Reduktion der spektralen Reinheit. Dies kann insbesondere bei den hohen Anforderungen an Messgenauigkeit und Prozessstabilität von Plasmaprozessen höchst unerwünscht sein.When operating high-frequency generators often results in an increased proportion of harmonic components in the output signal, so a reduction in spectral purity. This can be highly undesirable in particular given the high demands on measurement accuracy and process stability of plasma processes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochfrequenzverstärkeranordnung bereitzustellen, bei der diese Nachteile nicht auftreten.The object of the present invention is to provide a high-frequency amplifier arrangement in which these disadvantages do not occur.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Hochfrequenzverstärkeranordnung mit einem
- a. Verstärkerteil, das einen Ausgang mit zwei Ausgangsanschlüssen aufweist,
- b. einem Symmetrierübertrager, der einen Eingang mit zwei Eingangsanschlüssen und einen Ausgang mit zwei Ausgangsanschlüssen aufweist, wobei
- i. jeweils ein Ausgangsanschluss des Verstärkerteils mit einem EIngangsanschluss des Symmetrierübertragers verbunden ist,
- ii. ein Ausgangsanschluss des Symmetrierübertragers mit Masse verbunden ist,
- iii. ein Ausgangsanschluss des Symmetrierübertragers mit einer Last verbindbar ist,
- iv. zwischen dem einen Eingangsanschluss des Symmetrierübertragers und Masse eine erste Kapazität vorgesehen ist,
- v. zwischen dem zweiten Eingangsanschluss des Symmetrierübertragers und Masse eine zweite Kapazität vorgesehen ist, wobei die erste Kapazität ungleich der zweiten Kapazität ist.
- a. Amplifier section having an output with two output terminals,
- b. a balancing transformer having an input with two input terminals and an output with two output terminals, wherein
- i. in each case an output terminal of the amplifier part is connected to an input terminal of the balancing transformer,
- ii. an output terminal of the balancing transformer is connected to ground,
- iii. an output terminal of the balancing transformer is connectable to a load,
- iv. between the one input terminal of the balancing transformer and ground a first capacitance is provided,
- v. a second capacitance is provided between the second input terminal of the balancing transformer and ground, wherein the first capacitance is not equal to the second capacitance.
Symmetrierübertrager (Engl. Balanced/Unbalanced, BalUn) werden häufig zur Wandlung zwischen einem symmetrischen Leitungssystem und einem unsymmetrischen Leitungssystem verwendet. Ein symmetrisches Leitungssystem ist beispielsweise das Leitungssystem an den Ausgangsanschlüssen des Verstärkerteils, weil sich hier beide Anschlüsse symmetrisch gegenüber einem Bezugspotential befinden, hier insbesondere gegenüber Masse. Ein unsymmetrisches Leitungssystem ist beispielsweise das Leitungssystem an den Ausgangsanschlüssen des Symmetrierübertragers, weil hier ein Anschluss mit einem festen Bezugspotential verbunden ist, hier insbesondere Masse, und der andere Anschluss eine Spannung aufweisen kann oder soll, die sich gegenüber diesem festen Bezugspotential ändert. Symmetrierübertrager können am Ausgang eines Verstärkerteils einer Hochfrequenzverstärkeranordnung eingesetzt werden. Es wurde erkannt, dass ein Symmetrierübertrager unsymmetrische parasitäre Komponenten aufweisen kann. Insbesondere kann er unsymmetrische parasitäre Kapazitäten aufweisen. Es wurde weiter erkannt, dass diese die Gleichtaktunterdrückung und somit die Qualität des Übertragers reduzieren. Es wurde weiter erkannt, dass beim Einsatz von solchen Symmetrierübertragern in Hochfrequenzgeneratoren dies für einen erhöhten Anteil harmonischer Komponenten im Ausgangssignal, also eine Reduktion der spektralen Reinheit, sorgt.Symmetric transformers (English: Balanced / Unbalanced, BalUn) are often used for the conversion between a balanced line system and a single-ended line system. A symmetrical line system, for example, the line system at the output terminals of the amplifier part, because here both terminals are symmetrical with respect to a reference potential, here in particular with respect to ground. An unbalanced line system is, for example, the line system at the output terminals of the balun because one terminal is connected to a fixed reference potential, in this case in particular ground, and the other terminal can or should have a voltage which changes with respect to this fixed reference potential. Symmetrierübertrager can be used at the output of an amplifier part of a high-frequency amplifier arrangement. It has been recognized that a balun can have unbalanced parasitic components. In particular, it may have unbalanced parasitic capacitances. It was further recognized that these reduce the common mode rejection and thus the quality of the transformer. It was further recognized that the use of such Symmetrierübertragern in high-frequency generators, this provides for an increased proportion of harmonic components in the output signal, so a reduction in spectral purity.
Es wurde erkannt, dass die parasitären Kapazitäten von Eingangsanschluss zu Ausgangsanschluss des Symmetrierübertragers sogar vom Wert gleich sein können, und trotzdem aufgrund unterschiedlicher Phasenbeziehungen der Eingangsanschlüsse zu den Ausgangsanschlüssen unterschiedliche Spannungsverhältnisse über diesen gleichen Kapazitätswerte herrschen. Dies führt zu einem unterschiedlichen Stromfluss über diese parasitären Kapazitäten. Damit erscheinen die Impedanzen an den Eingangsanschlüssen gegenüber Masse unterschiedlich, obwohl die parasitären Kapazitäten einzeln gemessen gleich sind. Um die Impedanzen anzugleichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Kapazitäten, die an den Symmetrierübertrager angeschlossen werden, unsymmetrisch zu gestalten, also die erste Kapazität ungleich der zweiten Kapazität auszulegen.It has been recognized that the parasitic capacitances from input terminal to output terminal of the balun may even be equal in value, and yet due to different phase relationships of the input terminals to the output terminals, there are different voltage ratios over these same capacitance values. This leads to a different current flow over these parasitic capacitances. Thus, the impedances at the input terminals to ground appear different, although the parasitic capacitances are measured individually measured. In order to equalize the impedances, it is provided according to the invention that the capacitances which are connected to the balancing transformer are asymmetrical, that is to say the first capacitance is not the same as the second capacitance.
Mit Hilfe einer unsymmetrischen Bestückung, d.h. ungleichen Kapazitäten, lässt sich eine sehr breitbandige Kompensation der parasitären Komponenten erzielen und die Gleichtaktunterdrückung stark steigern. Beim Einsatz von Symmetrierübertragern im Ausgangsnetzwerk einer Hochfrequenzverstärkeranordnung werden somit an den Eingängen des Symmetrierübertragers Kapazitäten gegen Masse eingesetzt, um die Impedanzen der speisenden Elemente anzupassen. Diese Kapazitäten werden erfindungsgemäß entgegen dem allgemeinen Verständnis nicht mit gleichen sondern mit gezielt unterschiedlichen Werten ausgeführt. Die Impedanzen, die an den speisenden Elementen des Verstärkerteils sichtbar sind, werden durch diese Modifikation identisch. Dies ist sowohl für die harmonische Reinheit wie auch für weitere unerwünschte Effekte, wie Oszillationen, z.B. bei Fehlanpassung, und ungleiche Erwärmung der aktiven Bauteile von Vorteil.With the aid of an asymmetrical placement, i. Unequal capacitances, can achieve a very broadband compensation of the parasitic components and greatly increase the common mode rejection. When Symmetrierübertragern in the output network of a high-frequency amplifier arrangement, capacitors are thus used at ground level at the inputs of the Symmetrierübertragers to adjust the impedances of the feeding elements. Contrary to the general understanding, these capacities are not carried out with the same but with specifically different values. The impedances visible on the feeding elements of the amplifier part become identical by this modification. This is true for both harmonic purity and other undesirable effects such as oscillations, e.g. in case of mismatch, and uneven heating of the active components of advantage.
Die erste Kapazität und die zweite Kapazität können sich in Abhängigkeit des Übertragungsverhältnisses des Symmetrierübertragers unterscheiden. Das Übertragungsverhältnis des Symmetrierübertragers kann somit berücksichtigt werden, um die Kapazitäten zu dimensionieren.The first capacitance and the second capacitance may differ depending on the transmission ratio of the balancing transformer. The transmission ratio of Symmetrierübertragers can thus be considered to dimension the capacity.
Der Symmetrierübertrager kann eine Primärwicklung aufweisen, die mit den zwei Eingangsanschlüssen verbunden ist, und eine Sekundärwicklung aufweisen, die mit den zwei Ausgangsanschlüssen verbunden ist. Durch den Symmetrierübertrager kann eine galvanische Trennung erfolgen.The balun transformer may have a primary winding connected to the two input terminals and a secondary winding connected to the two output terminals. The balancing transformer can be used for galvanic isolation.
Der Ausgangsanschluss des Symmetrierübertragers, der mit Masse verbunden Ist, kann besonders niederinduktiv mit Masse verbunden sein. Auch dadurch kann das Verhalten des Symmetrierübertragers verbessert werden.The output terminal of the Symmetrierübertragers, which is connected to ground, can be particularly low inductively connected to ground. Also, the behavior of the Symmetrierübertragers can be improved.
Die Verbindung der ersten und/oder zweiten Kapazität kann besonders niederinduktiv mit Masse verbunden sein. Auch dadurch kann das Verhalten des Symmetrierübertragers verbessert werden.The connection of the first and / or second capacitance may be connected to ground in a particularly low-inductance manner. Also, the behavior of the Symmetrierübertragers can be improved.
Die Verbindung der ersten und/oder zweiten Kapazität zu den Anschlüssen des Symmetrierübertragers kann besonders kurz und insbesondere niederinduktiv mit Masse verbunden sein. Auch dadurch kann das Verhalten des Symmetrierübertragers verbessert werden.The connection of the first and / or second capacitance to the terminals of the Symmetrierübertragers can be particularly short and in particular low inductance connected to ground. Also, the behavior of the Symmetrierübertragers can be improved.
Eine besonders niederinduktive Verbindung kann durch eine oder mehrere der folgenden Maßnehmen erzielt werden:
- • besonders breite Leiterbahnen (breiter als 5 mm)
- • eine Vielzahl von Durchkontaktierungen (mehr als zwei), die in einer Reihe oder in einer Fläche angeordnet sind
- • besonders kurze Verbindung, insbesondere kann das Verhältnis von Länge zu Breite der Verbindung kleiner
100 , insbesondere kleiner10 , bevorzugt kleiner3 sein.
- • particularly wide strip conductors (wider than 5 mm)
- • a plurality of vias (more than two) arranged in a row or in a surface
- • particularly short connection, in particular, the ratio of length to width of the connection can be smaller
100 , especially smaller10 , preferably smaller3 be.
Die erste Kapazität und die zweite Kapazität können sich in Abhängigkeit von einer parasitären Kapazität des Symmetrierübertragers zwischen den Eingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen des Symmetrierübertragers und/oder zur Masse unterscheiden. Die parasitären Kapazitäten des Symmetrierübertragers können zunächst bestimmt werden und dann für die Auslegung der ersten und zweiten Kapazität berücksichtigt werden.The first capacitance and the second capacitance may differ depending on a parasitic capacitance of the balancing transformer between the input terminals and the output terminals of the balun and / or to the ground. The parasitic capacitances of the balun can first be determined and then taken into account for the design of the first and second capacitance.
Der Unterschied zwischen der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität kann einen proportionalen Anteil zu dem Produkt aus einer parasitären Kapazität des Symmetrierübertragers, insbesondere zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Symmetrierübertragers und/oder zur Masse, und dem Übertragungsverhältnis des Symmetrierübertragers aufweisen. Beispielsweise kann die erste Kapazität einen Kapazitätswert C0 haben und die zweite Kapazität kann einen Kapazitätswert C0 ± parasitäre Kapazität × Übertragungsverhältnis aufweisen.The difference between the first capacitance and the second capacitance may have a proportional proportion to the product of a parasitic capacitance of the balancing transformer, in particular between an input terminal and an output terminal of the balun and / or to ground, and the transmission ratio of the balun. For example, the first capacitance may have a capacitance value C0 and the second capacitance may have a capacitance value C0 ± parasitic capacitance x transmission ratio.
Die erste und/oder zweite Kapazität kann einen diskreten Kondensator umfassen. Insbesondere kann die erste und/oder zweite Kapazität als diskreter Kondensator ausgeführt sein.The first and / or second capacitance may comprise a discrete capacitor. In particular, the first and / or second capacitance may be designed as a discrete capacitor.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die erste und/oder die zweite Kapazität zumindest teilweise als Leiterbahn, die von einer anderen Leiterbahn oder Fläche, insbesondere Massefläche, beabstandet ist, ausgebildet sind, wobei die Leiterbahn insbesondere Teil der Primärwicklung sein kann. In diesem Fall kann unter Umständen auf diskrete Kondensatoren verzichtet werden.Alternatively or additionally, it is conceivable that the first and / or the second capacitance are at least partially formed as a conductor track, which is spaced from another conductor track or surface, in particular ground plane, wherein the conductor track can be part of the primary winding in particular. In this case, it may be possible to dispense with discrete capacitors.
Unterschiedliche erste und zweite Kapazitäten können beispielsweise dadurch realisiert werden, dass sich die Breite der der ersten Kapazität zugeordneten Leiterbahn und die Breite der der zweiten Kapazität zugeordneten Leiterbahn zumindest abschnittsweise unterscheiden. Auch ist denkbar die erste und/oder zweite Kapazität dadurch zu realisieren, dass die der Primärwicklung des Symmetrieübertragers zugeordnete Leiterbahn abschnittsweise mit unterschiedlichen Breiten ausgeführt wird.Different first and second capacitances can be realized, for example, in that the width of the interconnect associated with the first capacitance and the width of the interconnect associated with the second capacitance differ at least in sections. It is also conceivable to realize the first and / or second capacitance in that the conductor track assigned to the primary winding of the balun transformer is embodied in sections with different widths.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die der ersten Kapazität zugeordneten Leiterbahn einen anderen Abstand zu einer Masseplatte aufweist, als die der zweiten Kapazität zugeordneten Leiterbahn. Auch auf diese Weise können unterschiedliche Kapazitätswerte für die erste und zweite Kapazität realisiert werden. Auch über den Abstand zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung des Symmetrieübertragers können die erste und zweite Kapazität eingestellt werden.Alternatively or additionally, it is conceivable that the conductor track assigned to the first capacitance has a different distance to a ground plate than the conductor track assigned to the second capacitance. Also in this way different capacity values for the first and second capacity can be realized. The first and second capacitances can also be adjusted via the distance between the primary winding and the secondary winding of the balun transformer.
Der Symmetrierübertrager kann auf einer Leiterkarte in Planartechnologie realisiert sein. In diesem Fall bietet es sich an, die Kapazitäten mit Hilfe von Leiterbahnen auszubilden.The Symmetrierübertrager can be realized on a printed circuit board in planar technology. In this case, it makes sense to form the capacitances by means of tracks.
Das Verstärkerteil kann zwei Transistoren aufweisen, wobei jeweils ein Transistor mit einem Ausgangsanschluss des Verstärkerteils verbunden sein kann. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Kapazitäten an den Eingängen des Symmetrierübertragers können somit die Impedanzen der speisenden Transistoren des Verstärkerteils angepasst werden. Die Transistoren können insbesondere LDMOS Transistoren sein. Die Transistoren können als baugleiche, insbesondere als identische Transistoren ausgebildet sein. Die Transistoren können an ihren Steueranschlüssen an einen Signalübertrager angeschlossen sein.The amplifier part may comprise two transistors, one transistor each being connected to an output terminal of the amplifier part. By using different capacitances at the inputs of the balun transformer thus the impedances of the feeding transistors of the amplifier part can be adjusted. The transistors may in particular be LDMOS transistors. The transistors can be designed as identically constructed, in particular as identical transistors. The transistors may be connected at their control terminals to a signal transmitter.
Das Verstärkerteil kann als Push-Pull Verstärker, insbesondere in einer der Betriebsarten Class F oder Class F-1 ausgestaltet sein. The amplifier part can be designed as a push-pull amplifier, in particular in one of the operating modes Class F or Class F -1 .
Das Verstärkerteil kann als Push-Pull Verstärker, insbesondere in einer der Betriebsarten Class A, Class B, Class AB oder Class C ausgestaltet sein.The amplifier part can be designed as a push-pull amplifier, in particular in one of the operating modes Class A, Class B, Class AB or Class C.
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zur Auslegung einer Hochfrequenzverstärkeranordnung mit einem an ein Verstärkerteil angeschlossenen Symmetrierübertrager, der einen Eingang mit zwei Eingangsanschlüssen und einen Ausgang mit zwei Ausgangsanschlüssen aufweist, mit den Verfahrensschritten:
- a. Festlegen eines ersten Kapazitätswerts für eine erste Kapazität zwischen einem Eingangsanschluss des Symmetrierübertragers und Masse,
- b. Festlegen eines zweiten Kapazitätswerts für eine zweite Kapazität zwischen dem anderen Eingangsanschluss des Symmetrierübertragers und Masse, der sich von dem ersten Kapazitätswert unterscheidet.
- a. Establishing a first capacitance value for a first capacitance between an input terminal of the balun and ground,
- b. Establishing a second capacitance value for a second capacitance between the other input terminal of the balun and ground that differs from the first capacitance value.
Somit können die Kapazitäten an den Eingängen des Symmetrierübertragers in Abhängigkeit von erfassten parasitären Kapazitäten des Symmetrierübertragers eingestellt werden. Durch diese Maßnahme kann die Gleichtaktunterdrückung des Symmetrierübertragers und damit auch die harmonische Reinheit des Ausgangssignals verbessert werden. Außerdem können unerwünschte Effekte wie Oszillation und ungleiche Erwärmung von aktiven Bauteilen reduziert oder verhindert werden.Thus, the capacitances at the inputs of the balancing transformer can be adjusted as a function of detected parasitic capacitances of the balancing transformer. By this measure, the common-mode suppression of the Symmetrierübertragers and thus the harmonic purity of the output signal can be improved. In addition, unwanted effects such as oscillation and uneven heating of active components can be reduced or prevented.
Es kann eine parasitäre Kapazität des Symmetrierübertragers bestimmt werden, insbesondere eine parasitäre Kapazität zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss und/oder Masse. Der Unterschied der Kapazitätswerte der ersten und zweiten Kapazität kann unter Berücksichtigung der parasitären Kapazität festgelegt oder gewählt werden.A parasitic capacitance of the balancing transformer can be determined, in particular a parasitic capacitance between an input terminal and an output terminal and / or ground. The difference of the capacitance values of the first and second capacitances may be set or selected taking into account the parasitic capacitance.
Der Kapazitätswert der zweiten Kapazität kann unter Berücksichtigung des Übertragungsverhältnisses des Symmetrierübertragers festgelegt oder gewählt werden. Die zweite Kapazität kann so festgelegt werden, dass sie sich um das Produkt aus Übertragungsverhältnis und parasitärer Kapazität des Symmetrierübertragers oder einer dazu proportionalen Größe von der ersten Kapazität unterscheidet. Insbesondere kann die zweite Kapazität um den Betrag des Produkts aus Übertragungsverhältnis und parasitärer Kapazität größer oder kleiner sein als die erste Kapazität.The capacitance value of the second capacitance can be set or selected taking into account the transmission ratio of the balancing transformer. The second capacitance may be set to be different from the transfer ratio and parasitic capacitance of the balun or a quantity proportional thereto from the first capacitance. In particular, the second capacity may be greater or less than the first capacity by the amount of the product of transmission ratio and parasitic capacitance.
Es kann in Abhängigkeit davon, ob der Windungssinn der Windungen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Symmetrierübertragers gleichsinnig oder gegensinnig ist, festgelegt oder gewählt werden, ob die zweite Kapazität größer oder kleiner ist als die erste Kapazität. Insbesondere kann der Betrag des Produkts aus Übertragungsverhältnis und parasitärer Kapazität des Symmetrieübertragers in Abhängigkeit davon, ob der Windungssinn der Windungen gleichsinnig oder gegensinnig ist, zum Kapazitätswert der ersten Kapazität addiert oder von diesem subtrahiert werden, um zum Kapazitätswert der zweiten Kapazität zu gelangen.It may be determined or selected depending on whether the winding sense of the turns of the primary winding and the secondary winding of the balancing transformer is in the same direction or in opposite directions, whether the second capacitance is greater or smaller than the first capacitance. In particular, the magnitude of the product of the transmission ratio and the parasitic capacitance of the balun may be added to or subtracted from the capacitance value of the first capacitance, depending on whether the winding sense of the windings is in the same direction or in opposite directions, in order to arrive at the capacitance value of the second capacitance.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzverstärkeranordnung mit
- • einem Verstärkerteil, das einen Ausgang mit zwei Ausgangsanschlüssen aufweist
- • einem Symmetrierübertrager, der einen Eingang mit zwei Eingangsanschlüssen und einen Ausgang mit zwei Ausgangsanschlüssen aufweist, wobei
- ◯ jeweils ein Ausgangsanschluss des Verstärkerteils mit einem Eingangsanschluss des Symmetrierübertragers verbunden ist,
- ◯ ein Ausgangsanschluss des Symmetrierübertragers mit Masse verbunden ist,
- ◯ ein Ausgangsanschluss des Symmetrierübertragers mit einer Last verbindbar ist,
- ◯ zwischen dem einen Eingangsanschluss des Symmetrierübertragers und Masse eine erste Kapazität vorgesehen ist,
- ◯ zwischen dem zweiten Eingangsanschluss des Symmetrierübertragers und Masse eine zweite Kapazität vorgesehen ist, wobei die erste Kapazität ungleich der zweiten Kapazität ist,
wobei die Hochfrequenzverstärkeranordnung in
- • an amplifier section that has an output with two output terminals
- A balancing transformer having an input with two input terminals and an output with two output terminals, wherein
- ◯ in each case an output terminal of the amplifier part is connected to an input terminal of the balancing transformer,
- ◯ an output terminal of the balancing transformer is connected to ground,
- ◯ an output terminal of the balancing transformer is connectable to a load,
- ◯ a first capacitance is provided between the one input terminal of the balancing transformer and ground,
- ◯ a second capacitance is provided between the second input terminal of the balancing transformer and ground, wherein the first capacitance is not equal to the second capacitance,
wherein the high frequency amplifier arrangement is operated in a frequency range of 1 MHz to 160 MHz.
Insbesondere kann die Hochfrequenzverstärkeranordnung in einem Frequenzbereich > 3 MHz, vorzugsweise > 20 MHz besonders bevorzugt ≥ 40 MHz betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Hochfrequenzverstärkeranordnung in einem Frequenzbereich ≤80 MHz, insbesondere ≤ 60 MHz betrieben werden.In particular, the high-frequency amplifier arrangement can be operated in a frequency range> 3 MHz, preferably> 20 MHz, particularly preferably ≥ 40 MHz. Alternatively or additionally, the high-frequency amplifier arrangement can be operated in a frequency range ≦ 80 MHz, in particular ≦ 60 MHz.
Im Betrieb kann die Frequenz, bei der die Hochfrequenzverstärkeranordnung betrieben wird, verändert werden. Insbesondere kann die Frequenz in einem Bereich von +- 20% einer Mittenfrequenz verändert werden. Dadurch werden die Impedanzen, die an den speisenden schaltenden Elementen sichtbar sind, angenähert. Im Idealfall werden sie identisch.In operation, the frequency at which the radio frequency amplifier arrangement is operated can be changed. In particular, the frequency can be changed in a range of + - 20% of a center frequency. This will cause the impedances that occur at the feeding switching elements are visible, approximated. Ideally they become identical.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which shows essential to the invention, and from the claims. The features shown there are not necessarily to scale and presented in such a way that the features of the invention can be made clearly visible. The various features may be implemented individually for themselves or for a plurality of combinations in variants of the invention.
In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.In the schematic drawing embodiments of the invention are illustrated and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Hochfrequenzverstärkeranordnung; -
2 eine schematische Explosionsdarstellung eines Symmetrieübertragers, der in Planartechnik aufgebaut ist; -
3a ein Diagramm zur Darstellung des Phasenverlaufs bei einem Symmetrieübertrager, der symmetrische Kapazitäten an seinen Eingangsanschlüssen aufweist; -
3b einen Phasenverlauf für einen Symmetrieübertrager, der mit ungleichen Kapazitäten an seinen Eingangsanschlüssen betrieben wird; -
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a high-frequency amplifier arrangement; -
2 a schematic exploded view of a Symmetrieübertragers, which is constructed in planar technology; -
3a a diagram showing the phase characteristic in a balun having symmetric capacitances at its input terminals; -
3b a phase characteristic for a balun that operates with dissimilar capacitances at its input terminals; -
4 a flowchart for explaining the method according to the invention.
Die
Die Primärwicklung
Das Verstärkerteil
Der Symmetrieübertrager
Die Eingangsanschlüsse
Die Kapazitäten
Die Kapazitäten
Die
Die
Die
Im Schritt
Im Schritt
Der Schritt
Claims (14)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017208917.2A DE102017208917A1 (en) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | High-frequency amplifier arrangement and method for designing a high-frequency amplifier arrangement |
PCT/EP2018/062774 WO2018215263A1 (en) | 2017-05-26 | 2018-05-16 | High frequency amplifier arrangement and method for designing a high frequency amplifier arrangement |
EP18728537.4A EP3631980B1 (en) | 2017-05-26 | 2018-05-16 | High frequency amplifier arrangement and method for designing a high frequency amplifier arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017208917.2A DE102017208917A1 (en) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | High-frequency amplifier arrangement and method for designing a high-frequency amplifier arrangement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017208917A1 true DE102017208917A1 (en) | 2018-11-29 |
Family
ID=62492588
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017208917.2A Pending DE102017208917A1 (en) | 2017-05-26 | 2017-05-26 | High-frequency amplifier arrangement and method for designing a high-frequency amplifier arrangement |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3631980B1 (en) |
DE (1) | DE102017208917A1 (en) |
WO (1) | WO2018215263A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4207591A4 (en) * | 2021-09-16 | 2024-03-13 | Lansus Tech Inc | Differential power amplifier |
US11955947B2 (en) | 2018-08-02 | 2024-04-09 | Trumpf Huettinger Sp. Z O. O. | Balun and amplifier including balun |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69017809T2 (en) | 1989-09-18 | 1995-11-02 | Motorola Semiconducteurs | Transformers, in particular with symmetrical / asymmetrical coupling. |
US20100231316A1 (en) | 2009-03-12 | 2010-09-16 | Xin Jiang | Hybrid marchand/back-wave balun and double balanced mixer using same |
US20150326255A1 (en) | 2014-05-07 | 2015-11-12 | Nvidia Corporation | Radio frequency power amplifier including a pulse generator and matching network circuit |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6107885A (en) * | 1999-01-25 | 2000-08-22 | General Instrument Corporation | Wideband linear GaAsFET ternate cascode amplifier |
EP1344315B1 (en) * | 2000-10-10 | 2008-03-26 | California Institute Of Technology | Class e/f switching power amplifiers |
DE60140165D1 (en) * | 2000-10-23 | 2009-11-26 | Panasonic Corp | power amplifier |
US6949978B2 (en) * | 2003-10-17 | 2005-09-27 | Raytheon Company | Efficient broadband switching-mode amplifier |
US8116700B2 (en) * | 2009-11-16 | 2012-02-14 | Javelin Semiconductor, Inc. | Reducing common mode effects in an output stage |
DE102015212220A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG | RF amplifier arrangement |
-
2017
- 2017-05-26 DE DE102017208917.2A patent/DE102017208917A1/en active Pending
-
2018
- 2018-05-16 EP EP18728537.4A patent/EP3631980B1/en active Active
- 2018-05-16 WO PCT/EP2018/062774 patent/WO2018215263A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69017809T2 (en) | 1989-09-18 | 1995-11-02 | Motorola Semiconducteurs | Transformers, in particular with symmetrical / asymmetrical coupling. |
US20100231316A1 (en) | 2009-03-12 | 2010-09-16 | Xin Jiang | Hybrid marchand/back-wave balun and double balanced mixer using same |
US20150326255A1 (en) | 2014-05-07 | 2015-11-12 | Nvidia Corporation | Radio frequency power amplifier including a pulse generator and matching network circuit |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11955947B2 (en) | 2018-08-02 | 2024-04-09 | Trumpf Huettinger Sp. Z O. O. | Balun and amplifier including balun |
EP4207591A4 (en) * | 2021-09-16 | 2024-03-13 | Lansus Tech Inc | Differential power amplifier |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3631980B1 (en) | 2022-07-13 |
EP3631980A1 (en) | 2020-04-08 |
WO2018215263A1 (en) | 2018-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3317966B1 (en) | High-frequency amplifier arrangement | |
DE102006035204B4 (en) | Monolithically integrated circuit arrangement | |
DE102013106159B4 (en) | Differential stacked output stage for power amplifiers | |
DE102015212232B4 (en) | Power combiner for coupling high-frequency signals and power combiner arrangement with such a power combiner | |
DE102016201244B4 (en) | INDUCTIVE COUPLING TRANSFORMER WITH TUNABLE IMPEDANCE MATCHING NETWORK | |
DE102008024987A1 (en) | Impedance converter for an amplifier and amplifier with such an impedance converter | |
DE102005038442B4 (en) | Push-pull amplifier with transformer negative feedback | |
DE10325634B4 (en) | Low-noise preamplifier, in particular for nuclear magnetic resonance (= NMR) | |
DE102013200040A1 (en) | Amplifier and amplification method | |
DE102019008123A1 (en) | BROADBAND POWER COMBINATION ARRANGEMENT | |
EP3631980B1 (en) | High frequency amplifier arrangement and method for designing a high frequency amplifier arrangement | |
EP2494652B1 (en) | High-frequency signal combiner | |
DE112004001614B4 (en) | 90 ° hybrid | |
DE202010016850U1 (en) | RF power coupler | |
DE102008027422B4 (en) | Integrated circuit with multi-stage matching circuit and method for producing an integrated circuit with multi-stage matching circuit | |
DE102010007451B3 (en) | Push-pull amplifier for amplifying input signal to output signal, has two amplifying elements, where each amplifying element has current emitting electrode and current collecting electrode | |
EP0810815B1 (en) | X-ray apparatus | |
DE3111983C2 (en) | Coupling circuit for adapting a loop antenna to a feed cable | |
DE102009049609B4 (en) | Stripline balun | |
DE3445017A1 (en) | Balancing device for coupling an unbalanced line to a balanced element | |
DE102017109213A1 (en) | Voltage transformer and system | |
DE102016218478B4 (en) | Symmetrical voltage divider | |
DE4426157B4 (en) | High-frequency amplifier | |
DE102012022436B4 (en) | Symmetry transformer | |
DE112022001770T5 (en) | Cascode differential amplifier arrangement with reduced common mode gate RF voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |